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Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen. Die Skala ist offen, denn die Wellenlängen sind theoretisch weder nach oben noch nach unten begrenzt. Zwischen Wellenlänge (A) und Frequenz (f) besteht folgender Zusammenhang: , wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. /*Die farbigen Markierungen geben an, in welchem Kapitel die jeweiligen Wellen genauer besprochen werden: Kap. 35, Kap. 28 und 34, Kap. 36 und Kap. 32.*/
Die vier Maxwell'schen Gleichungen beschreiben die Erzeugung von elektrischen und magnetischen Feldern durch Ladungen und Ströme und die Wechselwirkung zwischen diesen Feldern. Maxwell fasste die zu seiner Zeit bekannten Gesetzmäßigkeiten zusammen und komplettierte sie. Er brachte sie in eine elegante mathematische Form, die aber die Schulmathematik übersteigt. Man kann die wesentlichen Aussagen aber auch in Worten und Bildern verstehen.
| 1. Gleichung (Abb. a): | Wenn elektrische Feldlinien von einem Punkt ausgehen oder in einem Punkt enden, befindet sich dort eine elektrische Ladung. |
| 2. Gleichung (Abb. b): | Magnetische Feldlinien bilden immer geschlossene Schleifen. Das magnetische Feld ist also quellenfrei. |
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| 3. Gleichung (Abb. a): | Wenn sich ein Magnetfeld ändert, ist es von ringförmig geschlossenen elektrischen Feldlinien umgeben. Das ist eine andere Formulierung des Induktionsgesetzes /*(Kap. 31.4 f.)*/. Während bei einem elektrostatischen Feld die Feldlinien Anfang und Ende haben, sind sie im elektrodynamischen Feld geschlossen. |
| 4. Gleichung (Abb. b): | Wenn sich ein elektrisches Feld ändert, ist es von ringförmigen geschlossenen Feldlinien umgeben. Nicht nur Ströme /*(Kap. 31.1)*/, sondern auch veränderliche elektrische Felder erzeugen also magnetische Wirbelfelder. |
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Mit Hilfe der 3. und 4. Gleichung stellte Maxwell eine Symmetrie zwischen elektrischem und magnetischem Feld her und konnte die Existenz von EM-Wellen voraussagen. Mit Hilfe der Maxwell'schen Gleichungen kann man alle Phänomene der Elektrodynamik beschreiben. Sie haben für diese eine ähnliche Bedeutung wie die Newton'schen Axiome /*(Kap. 8, „Big Bang 5„)*/ für die Mechanik.
Ein elektromagnetischer Puls (EMP) ist eine pulsartig auftretende, starke elektromagnetische Welle (F4). Er tritt zum Beispiel bei einer Atombombenexplosion auf, bei der Gammastrahlung entsteht /*(Kap. 3.7, „Big Bang 5“)*/. Diese hochenergetischen Photonen /*(siehe Kap. 26.3)*/ stoßen mit den Elektronen der Luftmoleküle zusammen und beschleunigen diese dabei stoßartig. Dadurch entsteht eine Schockwelle /*wie in Abb. 33.4*/.
Aufgrund der hohen Intensität ist ein EMP in der Lage, in Leitern extrem hohe Spannungen zu induzieren. Besonders betroffen sind empfindliche Bauteile wie Computer-Chips, aber auch Strom- und Telefonnetz, Radio- und Fernsehsender. Daher könnte man mit einem EMP ein ziemliches Chaos auslösen. Besonders stark ist der Effekt, wenn die Zündung der A-Bombe in der Luft erfolgt (Abb.).
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